安科瑞 胡燁
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405
摘要：目前大多數(shù)低壓配電系統(tǒng)的無功補償，都是通過在負載側(cè)加裝并聯(lián)型電容補償柜的方式實現(xiàn)的。但由于諧波的存在，無功補償?shù)碾娙菘赡鼙恢C波影響而損壞，還會使諧波電流放大。諧波可以通過安裝有源濾波器來進行治理，使諧波含量控制在有效的范圍內(nèi)，而電容放大諧波電流的問題則可以通過在電容進線端串聯(lián)相應(yīng)電抗率的電抗器來解決，補償裝置及各種設(shè)備就能保證正常工作。
關(guān)鍵詞：無功補償 諧波 電容損壞 有源濾波器 電抗器
1 引言
在低壓配電系統(tǒng)中，負載多為阻感性用電設(shè)備，這就造成了電網(wǎng)的功率因率偏低，大量無功從電網(wǎng)汲取不僅影響了輸配電效率，還帶來了用戶因功率因數(shù)低而罰款的問題。無功補償成為現(xiàn)在低壓配電系統(tǒng)中不可缺少的部分，目前最常用、成本最低的方式是在負載側(cè)加裝電容補償柜。這種補償方式可以提高供電系統(tǒng)功率因數(shù)，穩(wěn)定受電端電壓水平，從而提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。但采用純電容器進行無功補償時一旦遇到諧波的干擾，電容器的補償支路極易發(fā)生故障，造成電容器鼓包、投切開關(guān)不動作、誤動作與保護設(shè)備損壞等嚴重后果。
2 諧波的產(chǎn)生及危害
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，越來越多的非線性用電設(shè)備在工作過程中不可避免的會產(chǎn)生諧波，從常見的LED燈、計算機電源，到工業(yè)中廣泛應(yīng)用的整流設(shè)備、變頻器、中頻爐、逆變器等，都會產(chǎn)生諧波，這對無功補償所采用的電容、投切開關(guān)等產(chǎn)生了極大影響。例如：使電網(wǎng)中的電容器產(chǎn)生諧振。工頻下，系統(tǒng)裝設(shè)的各種用途的電容器比系統(tǒng)中的感抗要大得多，不會產(chǎn)生諧振，但諧波頻率時，感抗值成倍增加而容抗值成倍減少，這就有可能出現(xiàn)諧振，諧振將放大諧波電流，導(dǎo)致電容器等設(shè)備被燒毀。有些配電房傳統(tǒng)的無功補償裝置由于不能消除諧波的干擾，根本無法投入運行或是投入后被損壞，功率因數(shù)偏低，造成電費扣罰。
3 案例分析
3.1測量信息
測試對象：某電纜制造公司，其主要諧波源為各種容量的變頻器
測試位置：1#變壓器進線柜和對應(yīng)無功柜（共補）A相
測試內(nèi)容：上述位置諧波電流畸變率及變化趨勢等。
測試儀器：日置PW3198電能質(zhì)量分析儀
測量示意圖：
圖3-1 測量點及一次系統(tǒng)示意圖
據(jù)了解現(xiàn)場采用純?nèi)轃o功柜，由于電容對于諧波呈現(xiàn)低阻抗特性，在有諧波的系統(tǒng)中會有部分諧波灌入無功柜，導(dǎo)致電容過流過熱，甚至在某次諧波頻次下與系統(tǒng)發(fā)生諧振，放大諧波，加重危害，損壞無功柜，影響系統(tǒng)中其他用電負載的正常運行，為此我司根據(jù)該配電系統(tǒng)選擇合適測量位置，在測量負載電能質(zhì)量情況同時測量無功柜中電能質(zhì)量，證實諧波對無功柜的危害。
3.2測量數(shù)據(jù)分析
測量點1/2：1#變壓器出線側(cè)和對應(yīng)無功柜A相
圖3-2 1#變次總柜總電流畸變率
圖3-3 1#變次總進線柜A相各次諧波電流含量
圖3-4 1#變下無功柜進線A相各次諧波電流含量
從數(shù)據(jù)可以看出，采用的純?nèi)轃o功柜不僅會吸收諧波還會有放大諧波的危害，無功柜長期流入諧波導(dǎo)致?lián)p壞，不能正常運行，功率因數(shù)會下降，導(dǎo)致客戶無功罰款，增大電費損失和設(shè)備更換損失，甚至影響企業(yè)供電和生產(chǎn)經(jīng)營。系統(tǒng)主要諧波以5/7次為主，具體數(shù)據(jù)總結(jié)如下表2。
表1 1#變壓器和無功柜電能質(zhì)量數(shù)
3.3方案與選型
根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析，兩臺變頻器情況基本類似，本身負載產(chǎn)生的諧波較大，沒有得到治理，流入純?nèi)轃o功柜內(nèi)，使得無功柜發(fā)生損壞，甚至有放大諧波現(xiàn)象，且現(xiàn)場出線變壓器、母排明顯振動情況，該工況我司建議進行無功改造和諧波治理雙管齊下，從根本上解決問題。
1）對無功補償柜進行改造，采用串聯(lián)電抗的無功補償方案，由于系統(tǒng)中主要存在5/7次諧波，推薦采用電抗率7%的電抗（一般針對3次諧波選用13%電抗率的電抗器，而5、7次諧波則選用7%電抗率的電抗器）并確保電容器額定電壓等級在450V以上（480V最優(yōu)），可以抑制5次及以上諧波流入無功柜，并避免諧振現(xiàn)象，保護無功柜受到諧波危害。整體無功柜容量可按原容量設(shè)計，1#變壓器下總計720kvar。
2）在無功改造的基礎(chǔ)上，我們根據(jù)測量數(shù)據(jù)，推薦采用我司ANAPF系列有源電力濾波器進行集中治理諧波，可實時根據(jù)負載電流變化檢測出諧波含量，發(fā)出與之方向相反、幅值相同的補償電流，與負載的諧波電流抵消，從而消除諧波，補償效率高。
具體選型表如下：
表2 ANAPF有源電力濾波器選型表
注：
①諧波計算公式Ih=I*THDi；
②由于安裝空間限制及現(xiàn)場實際補償需求，所選容量略小于實際補償需求；
③有源電力濾波器并聯(lián)到配電網(wǎng)絡(luò)中，裝置的檢修與日常維護只需從電網(wǎng)中切除，不影響現(xiàn)場其他設(shè)備的正常運營。
圖3-5 設(shè)備安裝位置示意圖
3.4治理后效果
設(shè)備安裝到位并穩(wěn)定運行半年以后，重新對補償對象進行測量，所得數(shù)據(jù)如下：
圖3-6 治理后1#變次總進線柜A相各次諧波電流含量
圖3-4 治理后1#變下無功柜進線A相各次諧波電流含量
經(jīng)過項目改造前后實測的補償支路的電能質(zhì)量的分析，可以看出加裝電抗器后補償支路的電流諧波的畸變率由32%下降到2%，5次諧波電流有明顯的下降，同時加裝有源濾波器以后總電流的諧波下降明顯，在允許范圍內(nèi)，諧波電流抑制效果非常明顯。
4結(jié)束語
無功補償、諧波治理是當前乃至今后相當長的時期內(nèi)的低壓配電系統(tǒng)面臨的重要問題。雖然現(xiàn)如今用電負載所產(chǎn)生的的諧波越來越多，但是純電容器的補償柜在工業(yè)和民用場合中還是得到廣泛的應(yīng)用。面對大量產(chǎn)生諧波的用電設(shè)備，低壓配電系統(tǒng)已經(jīng)對電容器補償支路提出了更高的要求，抑制諧波、濾除諧波的時代已經(jīng)來臨。在當前少量或中等含量諧波的配電系統(tǒng)中，補償支路加裝電抗器以抑制諧波流入電容是最經(jīng)濟的方法，串聯(lián)電抗器的基礎(chǔ)上再配合有源濾波器強大的諧波治理能力可以極大地改善用電環(huán)境，避免了因功率因數(shù)低導(dǎo)致的罰款，也保護了用電設(shè)備的安全穩(wěn)定運行；在凈化電網(wǎng)的同時，也給用戶帶來了切實的經(jīng)濟利益。
而在電力電子技術(shù)發(fā)展更迅猛的將來，會有更大的諧波給低壓配電系統(tǒng)帶來更大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的電容形式無功補償將很難滿足補償要求，在這種條件下就需要更先進、更完善的無功補償裝置-ANSVG靜止無功發(fā)生器來進行無功補償。
【參考資料】
安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測與治理選型手冊。2015.08版
安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版
